Российские ученые создали инновационную серию высокоактивных палладиевых комплексов, стабильных на воздухе и предназначенных для синтеза полимеров. Эти катализаторы дают возможность контролировать длину полимерных цепей, варьируя прочность связи палладий-фосфор, и функционируют при повышенных температурах, превосходя существующие аналоги. Благодаря уникальным характеристикам, разработка открывает перспективы для создания термо- и химически стойких материалов, востребованных в оптоэлектронике и других высокотехнологичных областях. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).
Потребность в высокостойких полимерах
Аэрокосмическая отрасль, микроэлектроника и другие передовые сферы остро нуждаются в полимерах, сочетающих высокую прозрачность с устойчивостью к нагреву и химическим реагентам. Этими свойствами обладают материалы на основе замещенных норборненов. При этом увеличение длины полимерной цепи (молекулярной массы) напрямую повышает прочность и эластичность материала, облегчая формирование тонких полимерных пленок.
Сложности синтеза и новые решения
Создание термически и химически стойких полимеров на основе норборненов традиционно затруднено необходимостью использования многокомпонентных катализаторов. Работа с ними требует учета индивидуальных условий для каждого компонента, что усложняет процесс и повышает требования к контролю.
Исследовательская группа из Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН (Москва) совместно с коллегами синтезировала серию из 11 новых палладиевых катализаторов. Химики впервые интегрировали в единый комплекс три ключевых элемента: палладий, фосфиновый лиганд (органическую молекулу, содержащую фосфор) и карбеновый лиганд. Карбен формирует эффективный защитный барьер вокруг палладия, предотвращая нежелательные побочные реакции и обеспечивая высокую селективность целевого процесса. Полученные комплексы демонстрируют исключительную активность и стабильность. Важнейшее преимущество – способность новых катализаторов работать на воздухе, что значительно упрощает синтез полимеров и устраняет потребность в дорогостоящем инертном оборудовании.
Контроль над полимеризацией
Новые катализаторы предоставляют уникальную возможность тонкой настройки процесса полимеризации. Использование комплекса со слабой связью палладий-фосфор ускоряет реакцию. Напротив, катализатор с прочной связью палладий-фосфор замедляет процесс, но позволяет получать полимеры с существенно более высокой молекулярной массой.
Преимущества и гибкость применения
Таким образом, ученые получили инструмент для управления свойствами конечных материалов, выбирая приоритет между скоростью реакции и длиной полимерных цепей. Дополнительное преимущество новых комплексов – их работоспособность при температурах до 100°C и способность формировать полимеры с увеличенной длиной цепи, что обеспечивает улучшенные механические характеристики материала.
Перспективы развития
«В наших планах – детальное исследование механизма действия созданных катализаторов для понимания тонкостей полимеризации. Это позволит не только оптимизировать их синтез, но и разработать новые материалы с усовершенствованными свойствами, отвечающие запросам аэрокосмической, микроэлектронной и других инновационных отраслей. Наш подход открывает широкие возможности для создания высокотехнологичных решений, устойчивых к экстремальным условиям», — подчеркивает руководитель проекта РНФ Евгения Бермешева, к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории химии нефти и нефтехимического синтеза ИНХС РАН.
Коллаборация и предыдущие достижения
В проекте участвовали специалисты Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы (Москва), Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка). Ранее коллектив ученых разработал эффективные полимерные мембраны для разделения азота и углекислого газа, перспективные для очистки промышленных выбросов.
Источник: indicator.ru
